Физические свойства платиновых металлов

Благородные металлы представляют собой порошкообразные вещества, имеющие оттенки серого цвета. В компактном состоянии рутений — белый металл со слабым голубоватым отливом; родий — серебристо-белый; палладий — белый со слабосероватым отливом; осмий — голубовато-серый; иридий — белый; платина — белого цвета со слабым серым отливом. Представляет интерес система сплавов палладий-индий. Исходные компоненты этой системы — металлы белого цвета. сплавы же в зависимости от состава имеют окраску от лимонно-желтой до цвета червонного золота и розово-сиреневой.

Благородные металлы имеют высокую температуру плавления и практически нелетучи. Что же касается формы кристаллической решетки, то платина, палладий, родий, иридий представляют собой гранецентрированную кубическую решетку. А осмий и рутений — обычно гексагональные с плотнейшей упаковкой. Температуры плавления и кипения металлов в триадах убывают слева направо — от рутения к палладию и от осмия к платине, и снизу вверх по вертикали в Периодической системе. Температуры плавления большинства платиновых металлов значительно превышают 1500 °C. Наиболее тугоплавки осмий и рутений, самый легкоплавкий — палладий. Самые тяжелые металлы (среди платиноидов и вообще всех элементов Периодической системы Д.И. Менделеева) — иридий и осмий [2].

Если говорить о значениях удельного электросопротивления, то металлы платиновой группы имеют довольно низкие значения. При незначительном повышении температуры зависимость от температуры представляет собой прямую линию. Но уже при повышении темепартуры до более высоких значений мы наблюдаем довольно серьезное отклонение от линейной зависимости.

Все платиновые металлы являются парамагнетиками. Их магнитная восприимчивость при комнатной температуре изменяется в достаточно широком интервале, причем наименьшую магнитную восприимчивость (0.0690· 10−9 м3/кг) имеет осмий, наибольшую (5.231· 10−9 м3/кг) — палладий. Чистый палладий — почти ферромагнитный металл с очень высокой магнитной восприимчивостью и легкой поляризуемостью или намагничиванием. Восприимчивость рутения, осмия, родия и иридия монотонно растет с увеличением температуры.

Так как данная группа металлов имеют огромное количество свободных электронов, то эти металлы имею высокий коэффициент поглощения и имеют высокую отражательную способность (то есть металлический блеск, который мы видим). При этом, самый высокий коэффициент отражения в видимой области имеет родий (от 68 до 98% в зависимости от длины волны). Данная оптическая особенность применяется широко на практике. Так, например, мощная коррозионная стойкость и, как таковое, отсутствие пленок на поверхности приводит к стабильности отражения и тем самым способствует тому, что родий и палладий используются в качестве технических зеркал.

Необходимо отметить, что на практике применяются такие показатели платиновых металлов, как предел текучести, твердость, временное сопротивление, относительное удлинение. Самая высокая твердость наблюдается у осмия. Но, несмотря на это, он может быть переведен в порошкообразное состояние. Что же касается осмия, рутения, иридия и родия — эти металлы также достаточно тверды и хрупки. Если говорить о показателях упругости, то палладий и платина имеют очень низкие упругие характеристики. Достаточно интересным является тот факт, что платиновые металлы подвергаются или горячей или холодной обработке и их можно привести в тончайшее состояние — к примеру фольги. Платину можно вытянуть в проволоку диаметром 0.0013 мм. Особенно легко обрабатывается механически мягкий и пластичный палладий. Родий и иридий более тверды и хрупки, чем платина и палладий. Металлический родий можно прокатать в полосу или проковать в проволоку диаметром до 1 мм. Иридий поддается обработке лишь при температуре 600−750 градусов Цельсия. Обычно рутений с трудом поддается обработке, но при 1050−1250 °С его можно прокатать в полоски толщиной 0.5 мм, а затем при комнатной температуре — до толщины 0.08 мм. Осмий не поддается механической обработке. Меньшая пластичность рутения и осмия, вероятно, обусловливается гексагональной решеткой и примесями. С повышением температуры повышается пластичность всех металлов [3].

Не менее интересным свойством данной группы металлов является их способность к адсорбции. Так, например, платиновые металлы могут адсорбировать газы, например кислород и водород. Свойство адсорбции увеличивается, если вещество перевести в мелкодисперсное или даже коллоидное состояние. Благодаря этому свойству, платина, палладий, рутений используются в качестве катализаторов химических реакций гидрогенизации и окисления. Способность к катализу возрастает при применении черни.

Легче всех адсорбирует водород — палладий. Так, например, один объем палладия способен адсорбировать около 1000 объемов водорода. Если перед этим адсорбировать еще и водяные пары, то способность к адсорбции будет еще выше. Интересная закономерность — при повышении температуры растворимость водорода в палладии будет понижаться. А если рассматривать случаи с другими металлами, то там растворимость водорода с повышением температуры будет возрастать.

Очень часто на производстве необходимо использование сверхчистого водорода. Именно здесь опять на помощь приходит применение благородных металлов. Если из палладия сконструировать перегородку, нагреть ее и пропустить через нее водород, то мы можем добиться получения сверхчистого водорода. [1].

Водород может растворяться в благородных металлах, но в сравнительно небольших количествах. Так, например, платина способна быстро адсорбировать водород. При повышении температуры диффузия и растворение водорода в металлах увеличивается. Но даже если довести температуру до очень высоких значений, то водород будет растворяться в платине очень медленно. После адсорбции водород можно удалить под вакуумом при температуре 100 °C. Очень легко водород удалить из палладия, а очень трудно — из иридия [4].