Платина

История

Свойства

Применение

 
    После открытия (а точнее обнаружения в природе) платина не сразу была оценена по достоинству. Сначала она считалась бесполезной примесью, встречающейся в золотых россыпях. Затем фальшивомонетчики начали добавлять её к золоту (поскольку удельный вес сплава при этом почти не менялся), а в Сибири, в 18 веке, зерна самородной платины использовались для стрельбы вместо дроби.
    Отношение к платине изменилось только после того, как была разработана технология переработки этого тугоплавкого металла и из неё научились делать разнообразную химическую посуду и детали оборудования, устойчивые в агрессивных средах. В настоящее время, область применений платины значительно расширилась и основное количество этого металла (и его соединений) идет на производство разнообразных катализаторов.


    Как и золото (хотя и в меньшей степени), платина является валютным металлом. Небольшие (мерные) слитки платины свободно реализуются населению во многих странах и могут использоваться для вложения денег. Правда следует учитывать, что рыночная стоимость платины (как и любого другого металла) может как расти, так и падать (что можно было очень наглядно увидеть за последние полгода). Кроме того, в России цена и условия покупки и продажи подобных мерных слитков обычно такие, что вложение денег в них не оправдывается (за исключением случаев полного обесценивания рубля).
    На фотографии – самый маленький слиточек платины из UBS (Швейцарский банк). Но при желании можно приобрести слитки платины весом хоть в килограмм.

 
    Платина устойчива к анодному растворению в самых разных кислотах (то есть, можно проводить электролиз, например, серной кислоты с платиновым анодом (положительным электродом) и он совсем не будет растворяться). Поэтому из неё делают электроды для электрохимических измерений и электрохимического получения разнообразных веществ в лабораторных условиях (например, кислорода с водородом путем электролиза раствора серной кислоты). Электрод на первом фото - самодельный. Небольшой кусок платины нетрудно прокатать в пластинку, а потом приварить к ней проволоку. На втором фото - электроды заводского изготовления. Встречаются также электроды в виде сеток – они имеют бОльшую поверхность, но сложнее в изготовлении и несколько дороже (в пересчете на грамм металла).

 
    Платиновые тигли используются, если необходимо провести реакцию при нагревании на воздухе (хотя их так же можно нагревать и в вакуумной печи). Если же хотят провести высокотемпературный синтез без доступа воздуха (или хотят "не упустить" газы, выделяющиеся в реакции) используют платиновые ампулы. В самом простом случае, это трубочка, заваренная с одного конца. Вещества помещают внутрь, второй конец ампулы сплющивают пассатижами и заваривают на кислородной горелке. После завершения синтеза, ампулу вскрывают и извлекают вещество. Фактически, она используется как одноразовая посуда, но, разумеется, платину затем можно очистить и снова сделать такую же ампулу.

 
    Еще одно достаточно известное применение платины это материал для термопар. Точнее, она входит в состав платино-родиевого сплава, из которого делают проводники термопары. Вообще, типов термопар существует великое множество. Хромель-алюмелевые, медно-константановые, вольфрам-рениевые, нихром-никелевые и т.д. Но платино-платонородиевые больше всего подходят для использования в лабораторной практике, поскольку позволяют надежно измерять температуру на воздухе до значений в 1600 °C - 1700 °C.
    Платиновые термопары так же бывают нескольких типов. Как правило, один проводок у них сделан из чистой платины, а второй – из сплава платины и 13% родия. Такие термопары за рубежом называются термопарами R-типа. Если сделать второй проводник из сплава платины с 10% родия, будет термопара S-типа, а если один из 13% сплава, а второй из 10%, то B-типа. От содержания родия в обеих частях термопары, зависит её ЭДС (в микровольтах на градус) и максимальная рабочая температура. В отличие от хромель-алюмелевых, платиновые термопары не изменяются при нагревании на воздухе в течение многих месяцев, но, в отличие от первых, имеют примерно в 10 раз меньшее значение ЭДС (при нагревании до одинаковой температуры), поэтому требуют более чувствительного прибора для регистрации.
    На фотографии - спай платино-платинородиевой термопары.

 
    Для более низких температур (от -200 °C до 600 °C) используют платиновые терморезисторы (термометры сопротивления). Их действие основано на том, что сопротивление металлической платины линейно возрастает с повышением температуры. Зная сопротивление платиновой проволочки при одной температуре и измерив его при другой, неизвестной, можно вычислить температуру по формуле. Для удобства, в качестве терморезисторов берут кусок проволоки, имеющий при 0°C сопротивление, равное 100, 50, 500 или 1000 Ом. Такие термодатчики обозначают соответственно Pt100, Pt50, Pt500 и Pt1000. Датчик Pt100 "воспринимают" многие современные контроллеры температуры, поскольку формула пересчета сопротивления в температуру "прошита" в их микросхемах. Платина очень устойчива на воздухе, то есть параметры такого датчика не будут меняться со временем, а удельное сопротивление платины довольно велико, что делает удобным изготовление таких резисторов. Кстати, платина в терморезисторах может быть не только в виде проволоки, но и в виде тонкой пленки, нанесенной на керамическую подложку. Размеры таких резисторов могут быть всего несколько миллиметров (хотя точность, конечно, будет несколько ниже, чем у бОльших по размеру).
    Терморезистор на фото изготовлен из тонкой платиновой проволоки, навитой на стеклянный стержень и залитой сверху вторым слоем стекла (для защиты от механических повреждений).

 
    Для ювелирных целей платину производят в виде гранул – так её удобнее взвешивать для изготовления сплава. Можно заметить, что в отличие от гранул золота, платиновые гранулы имеют неправильную форму и похожи на вытянутые капли. Возможно, из-за более высокой температуры плавления платины (почти на 700°C выше чем у золота), её капли затвердевают еще в полете, сразу после выливания металла из тигля, и не успевают принять шарообразную форму. На фото – гранулы фирмы «Johnson Matthey», чистота платины 99.95%.

 
    А тут, попытка вырастить кристаллы платины из газовой фазы. Как и в случае с золотом, первый блин вышел слегка комом. Кристаллы выросли, но получились не очень большими (как и на всех фотографиях, размер клеточки тут - 1 см). В последующих опытах размеры кристаллов получились бОльшими, но сами кристаллы росли в виде не очень красивых пластинок. В общем, есть поле для дальнейших экспериментов.

 
    А теперь такие же кристаллы, но в десять раз больше . Если растить кристаллы быстро, они могут расти так, что скорость роста на ребрах будет больше скорости роста плоских граней. Тогда получаются "ступенчатые" кристаллы, как на первом фото (хотя наиболее заметно это проявляется в случае висмута). Если же специально подобрать такие условия, в которых кристаллы будут расти медленно и равномерно - образуются более ровные грани, как на второй и третьей фотографиях.

 
    Платиновые ампулы используют, когда необходимо провести синтез в замкнутом объеме, в атмосфере инертного газа или когда используются летучие вещества. Если надо провести синтез в потоке газа или наоборот, сжечь образец для проведения анализа, обычно используют вот такие лодочки. Для синтезов, ои обычно бывают бОльшего размера, а эти, скорее всего предназначены для проведения элементного анализа органических соединений. Поскольку чистая платина это довольно мягкий металл, большинство лабораторной посуды делают из платины с 5-10% золота. Этот сплав обладает большей твердостью и почти такими же высокими температурой плавления и химической стойкостью. На странице с опытами (кнопка вверху страницы) можно посмотреть видео с демонстрацией каталитических свойств платины. В качестве куска платины я взял одну из таких лодочек.

 
    Ну и наконец-то мне удалось добавить в коллекцию унцию платины. Тут это последний из четырех металлов, выпускающихся в виде банковских и мерных слитков. В государственных хранилищах, платина обычно встречается в виде прямоугольных слитков массой 3-5 килограмм, но по причине очень высокой стоимости, они достаточно редко приобретаются коллекционерами. Меньшие по размеру слитки более доступны (текущую цену унции платины можно посмотреть в верхнем правом углу страницы). Причем сейчас на зарубежных сайтах можно приобрести даже слитки массой меньше грамма (мне встречались кусочки в 0.25 грамма и 1 гран ). Других металлов (кроме серебра, золота, платины и палладия) в виде мерных слитков банки не продают, хотя в последнее время несколько зарубежных фирм начали штамповать прямоугольные медальоны из самых разных металлов, таких как титан, тантал, никель, олово медь и т.п. Эти медальоны имеют форму мерных слитков но мне кажется что именно к банковским слиткам (англ. Bullions) они не имеют никакого отношения.

 
    И еще один "классический" вариант платиновой лабораторной посуды - платиновый тигель. В нем можно нагревать "кислые" расплавы и растворы. Например серную кислоту, ее кислые соли. А вот в расплавах щелочей и особенно в присутствии окислителей, платина быстро корродирует, поэтому для нагревания гидроксидов щелочных металлов лучше использовать серебряную посуду. Платиновые тигли размером побольше, используют для варки специальных стекол или выращивания монокристаллов полупроводников.