Платина и изделия из платины

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

«Платина и изделия из платины»

Выполнила: Краева И.А.

Шифр: 6330200012

Курс: 4

Специальность: 261001

Санкт-Петербург

2010г.

Содержание

Введение

· История платины

1. Платина и ее свойства

· Основные физические и механические свойства платины

2. Каталог изделий из платины

· Обручальные кольца

Источники используемой литературы

Введение

История платины

История платины весьма интересна и полна неожиданностей. Когда испанцы в середине 16 в. познакомились в Южной Америке с новым для себя металлом, внешне очень похожим на серебро (по-испански plata), они назвали его platina, что буквально означает «маленькое серебро», «серебришко». Объясняется такое несколько пренебрежительное название исключительной тугоплавкостью платины, которая не поддавалась переплавке, долгое время не находила применения и ценилась вдвое ниже, чем серебро. Но когда ювелиры обнаружили, что платина хорошо сплавляется с золотом, некоторые из них стали подмешивать сравнительно дешевый металл к золотым изделиям. Обнаружить подделку по плотности было невозможно: платина тяжелее золота, и с помощью более легкого серебра нетрудно было в точности подогнать плотность слитка к плотности золота. Кончилось это тем, что испанский король приказал прекратить ввоз платины, а все ее запасы утопить в море. Закон этот был отменен только в 1778.

В середине 18 в. химики изучили свойства платины и признали ее новым элементом. Благодаря исключительной химической стойкости платину начали использовать для изготовления химического оборудования. Так, в 1784 был изготовлен первый платиновый тигель, а в 1809 - платиновая реторта массой 13 кг; такие реторты использовали для концентрирования серной кислоты. Изделия из платины делали путем ковки или горячего прессования, поскольку электропечей, дающих достаточно высокую температуру, тогда не было. Со временем научились расплавлять платину в пламени гремучего газа, и на Лондонской выставке 1862 можно было видеть отливки из платины массой до 200 кг.

В России впервые обнаружили платину близ Екатеринбурга на Урале в 1819, а спустя 5 лет в Нижнетагильском округе были открыты платиновые россыпи. Уральские месторождения были настолько богатыми, что Россия быстро заняла первое место в мире по добыче этого металла. Так, только в 1828 в России было добыто более 1,5 тонн платины - больше, чем за 100 лет в Южной Америке. А к концу 19 в. добыча платины в России в 40 раз превышала суммарную добычу во всех остальных странах. Один из обнаруженных на Урале самородков платины имел массу 9,6 кг!

К середине 19 в. во Франции и Англии были проведены обширные исследования по аффинажу (очистке от других металлов) платины. Промышленный способ получения слитков чистой платины впервые осуществил в 1859 году французский химик А.Сент-Клер Девиль. После этого почти вся уральская платина стала закупаться иностранными фирмами и вывозиться за рубеж. Сначала ее скупали в основном французские и английские фирмы, в том числе и знаменитая «Джонсон, Маттей и К°» в Лондоне. Затем к ним присоединились американские и немецкие фирмы.

Химики, исследовавшие самородную платину, обнаружили в ней ряд новых элементов. В начале 19 в. английский химик У.Волластон, изучая ту часть сырой платины, которая растворялась в царской водке, открыл палладий и родий, а его соотечественник С.Теннант в нерастворимом остатке обнаружил иридий и осмий. Наконец, в 1844 профессор Казанского университета К.К.Клаус открыл последний элемент платиновой группы - рутений.

В 1826 петербургский инженер П.Г.Соболевский разработал способ получения ковкой платины. Для этого самородную платину растворяли в царской водке и получали гексахлороплатиновую (IV) кислоту: 3Pt + 4HNO₃ + 18HCl ? 3H₂[PtCl₆] + 4NO + 8H₂O. Из этого раствора после его нейтрализации оса, ждали практически нерастворимый гексахлороплатинат аммония, который промывали и прокаливали: (NH₄)₂[PtCl₆] ? Pt + 2NH₄Cl + 2Cl₂. Полученный порошок платины («платиновую губку») далее можно было путем холодного и горячего прессования и ковки превращать в различные изделия высокого качества. Так в России были получены первые платиновые изделия - тигли, чашки, медали, проволока. Процесс получил мировую известность, им заинтересовался даже Николай I, посетивший лабораторию и лично наблюдавший за очисткой платины. Подобный метод обработки тугоплавких металлов, так называемая порошковая металлургия, не потерял своего значения и по сей день.

Работа Соболевского вскоре получила неожиданное продолжение. Большое количество добываемой на Урале платины не находило достойного практического применения. И тогда по предложению министра финансов Е.Ф.Канкрина с 1828 в России впервые в мировой истории начали выпускать платиновые монеты достоинством 3,6 и 12 рублей. Такие странные номиналы объясняются тем, что по диаметру эти монеты соответствовали привычным российским монетам достоинством 1 рубль, 50 и 25 копеек. При этом 12-рублевая монета имела массу 41,41 г, а в рублевой монете чистого серебра было 18 г. Таким образом, по стоимости металла платиновые монеты были дороже серебряных в 5,2 раза, что как раз соответствовало ценам на платину в те годы.

За 17 лет было выпущено 1 372 000 трехрублевых монет, 17582 шестирублевых и 3303 двенадцатирублевых общей массой 14,7 тонны! Это - уникальный случай в мировой финансовой системе. Русские платиновые монеты 19 в. - большая редкость: цена 12-рублевой монеты превышает 5000 долларов.

Владельцы же рудников - Демидовы извлекали большую выгоду от продажи своей платины правительству. В 1840 было добыто уже 3,4 тонны драгоценного металла. Однако в 1845 по настоянию нового министра финансов Ф.П.Вронченко выпуск платиновых монет был прекращен, и все монеты были срочно изъяты из обращения. Причины этой панической меры называют разные. Говорят, что боялись подделки этих монет за границей (где платина была якобы дешевле) и их тайного ввоза в Россию. Однако, ни одной поддельной монеты среди изъятых из обращения не обнаружили. По другой версии, более правдоподобной, спрос на платину и ее цена в Европе выросли настолько, что металл в монетах стал дороже их номинала. Но тогда уже следовало бояться другого: тайного вывоза монет из России, их переплавки и продажи слитков. Интересно, что Майкл Фарадей на своей популярной лекции о платине, прочитанной 22 февраля 1861 показывал русские платиновые монеты; проанализировав их состав, он нашел, что в монетах содержится 97% платины, 1,2% иридия, 0,5% родия, 0,25% палладия, а также примеси меди и железа. Фарадей отдал должное российским мастерам, сумевшим отчеканить монеты из недостаточно очищенной и потому довольно хрупкой платины.

После прекращения чеканки монет из платины ее добыча резко (почти в 20 раз) упала, но затем вновь начала расти. И в 1915 на долю России приходилось 95% от общего количества платины, добываемой в мире (остальные 5% получала Колумбия). Однако в России она практически не находила спроса и почти вся шла на экспорт. Так, в 1867 Англия скупила весь запас платины в России - более 16 тонн. К концу 19 в. добыча платины в России достигла 4,5 тонн в год, а в настоящее время во всем мире ее добывается примерно 100 тонн в год. Кроме России, платина добывается в Южной Африке, Канаде, США.

До Первой мировой войны второй после России страной по масштабам добычи платины была Колумбия; с 1930-х ею стала Канада, а после Второй мировой войны - Южная Африка. Например, в 1952 в Колумбии было добыто всего 0,75 тонны платины, в США - 0,88 т, в Канаде 3,75 т, а в Южноафриканском Союзе - 7,2 т (в СССР данные по добыче платины, как и других стратегических материалов, были засекречены).

Примерно до середины 20 в. большая часть платины шла на ювелирные изделия. В настоящее время платина используется в основном в технических целях. Основная область применения платины и ее сплавов - автомобилестроение (катализаторы дожига выхлопных газов), электротехника (тугоплавкую и химически стойкую платиновую спираль или ленту в электропечах можно разогреть почти до белого каления), нефтехимический и органический синтез (получение бензинов с высоким октановым числом, разнообразные реакции гидрирования, изомеризации, циклизации, окисления органических соединений), синтез аммиака. Платина - конструкционный материал стекловаренных печей для производства высококачественного оптического стекла. Из платины и ее сплавов изготовлены фильеры для получения стекловолокна, высокотемпературные термопары и термометры сопротивления, электроды в электролизных аппаратах, лабораторная посуда и оборудование, кислото- и жароупорная аппаратура химических заводов.

Платина во всем мире используется в точных приборах. Из тонкой платиновой проволоки делают термометры сопротивления, по ним можно измерять температуру с высокой точностью и в очень широком интервале. Широко используются и термопары из платинородиевых сплавов, содержащих от 60 до 99% платины; они позволяют измерять температуру вплоть до 2000 К. А в Венгрии изобрели зажигалку с катализатором из тончайшей платиновой проволочки. Такая зажигалка дает острое устойчивое пламя, которое не боится ветра.

Масса платины во всех этих в этих изделиях невелика. Но есть производства, которые требуют больших количеств этого драгоценного металла. Например, на знаменитых чешских стекловаренных заводах расплавленную стекломассу в платиновом тигле перемешивают винтообразной мешалкой из платины. Несмотря на высокую стоимость, применение платинового оборудования оправдывает себя, так как позволяет получать высококачественные стекла для микроскопов, биноклей и других оптических приборов.

В 19 в. из сплава платины и иридия были изготовлены эталоны метра и килограмма, по образцу которых изготовлялись национальные эталоны разных стран (в настоящее время эталоном метра служит расстояние, проходимое светом в вакууме за определенное время). Первые эталоны метра и килограмма были изготовлены фирмой «Джонсон, Маттеи и К°» в Лондоне из сплава, содержащего 90% платины и 10% иридия, который обладает очень высокой твердостью. Эти эталоны были помещены в специальное хранилище в Международном бюро мер и весов во Франции. Эталон метра имел вид бруска длиной 102 см, имеющего в поперечном сечении форму буквы Х, вписанной в квадрат со стороной 2 см. На двух концах бруска на отполированных местах нанесены тончайшие штрихи, расстояние между которыми и было принято за эталон метра. А эталон килограмма из этого же сплава имел форму прямого цилиндра диаметром и высотой 3,9 см (платина - тяжелый металл!).

В течение длительного времени платина использовалась также для определения эталона силы света, испускаемого 1 см² поверхности расплавленной чистой платины при температуре ее затвердевания.

В небольшом количестве платина идет на изготовление очень красивых юбилейных и памятных монет, предназначенных для коллекционеров. В 1977-1980 из платины 999 пробы были изготовлены монеты номиналом 150 рублей, посвященные Олимпийским играм в Москве. Всего было изготовлено 14 7378 этих монет. Другие выпуски платиновых монет были скромнее. Например, в 1993 в России было отчеканено всего 750 таких монет, посвященных русскому балету. Платиновые монеты в конце 20 в. чеканились и в других странах, причем не в самых крупных - таких, как Гибралтар (британское владение), Заир, Лесото, Макао, Панама, Папуа - Новая Гвинея, Сингапур, Тонга.

Медики из штата Огайо (США) разработали новый метод анестезии, в котором платине отведена важная роль. С помощью платиновой пластинки спинной мозг оперируемого пациента соединяется с электрическим стимулятором. Посылая в нужный момент в мозг электрические сигналы, стимулятор блокирует болевые ощущения.

Кристаллы тетрацианоплатината бария Ba[Pt(CN)₄]·4H₂O (раньше его называли платиносинеродистым барием) имеют интересные свойства: под действием рентгеновского и радиоактивного излучения они ярко светятся желто-зеленым светом. Раньше экраны, покрытые составом из этого соединения, широко использовали в научных исследованиях; ими пользовались Конрад Рентген, Эрнст Резерфорд и многие другие знаменитые физики и химики

Мировое потребление платины (более 100 тонн в год) нередко превышает ее добычу. В таком случае оно покрывается за счет старых запасов, а также регенерации платины из отработавших свой ресурс катализаторов. Больше всего платины (десятки тонн в год) расходуется на катализаторы дожигания выхлопных газов автомобилей. Во многих странах большинство выпускаемых автомобилей снабжается такими каталитическими устройствами (в Швеции уже в 80-х число таких автомобилей приблизилось к 100%).

Очень много платины идет на украшения. Интересно, что львиную долю ювелирной платины потребляет сравнительно небольшая страна - Япония. В то же время химическая и нефтехимическая промышленность расходуют всего несколько процентов всей платины, примерно столько же - стекольная, чуть больше (около 6%) - электротехническая.

В некоторых странах платина, наряду с золотом, хранится в банках; для этой цели из нее отливают бруски массой 0,5 и 1 кг.

Цены на платину на мировом рынке колеблются, иногда вплотную приближаясь к ценам на золото (так было, например, в феврале 1988), а иногда заметно превышая их (например, 1 грамм золота в феврале 2003 стоил около 12 долларов, а платины - более 22!). Химиков же, в основном, интересуют цены на платину и ее соединения как реактивы для научных исследований. Цена же эта зависит от трех факторов: чистоты (например, судя по каталогу известной немецкой фирмы Fluka, грамм платиновой проволоки диаметром 1 мм стоит около 120 евро при чистоте 99,9%, и около 160 евро при чистоте 99,99%); формы выпуска (порошок, дробь, фольга, проволока, сетка и т.п.); приобретаемого количества (скидка при увеличении закупки; например, грамм платиновой фольги толщиной 0,5 мм и чистотой 99,99% при закупке 7 г обойдется вдвое дешевле, чем при закупке 2 г). В общем, очищенные металлы - реактивы, а также содержащие их химические соединения (например, ацетилацетонат платины (II), оксид платины (IV), гексахлороплатинат (IV) аммония и др.) стоят значительно дороже «валютной» платины.

1. Платина и её свойства

Платина - тяжелый и тугоплавкий металл, по пластичности и ковкости уступает золоту. В химическом отношении платина наиболее устойчива - не тускнеет на воздухе и не подвергается коррозии во влажной среде, не подвергается воздействию высоких температур. Кислоты на нее не действуют, за исключением горячей царской водки.

Основные физические и механические свойства платины:

Атомная масса ……………………………………………………195, 09

Плотность, г/см³ ……………..………………………………….…21, 45

Температура, °С:

плавления ………………………………………………………..….1773

кипения ……………………………………………………………. 4410

Теплота плавления, кал/г…………………………………………. 27, 8

Удельная теплоёмкость при 20°С, кал/ (г ^. град) …………....... 0, 0317

Удельное электросопротивление при 25°С, мкОм ^. см ………......10, 3

Теплопроводность, кал/ (см. сек ^. град)...........................................0, 165

Осаждение платины из царской водки. Получается осадок жёлтого цвета, почти нерастворимый в воде. Платиновые соединения после высушивания и прокаливания выделяют из PtCl₄ весь хлор и остаётся порошкообразная металлическая платина, которую можно переплавлять. Прокаливать можно с содой.

Платина имеет бело-серую окраску, схожую по цвету со сталью и практически нерастворима ни в воде, ни в кислотах, за исключением горячей царской водки (действует на неё также бром), при взаимодействии с которой образуется платинохлористоводородная кислота H₂(PtCl₂):

Pt + 6HCl + 2HNO₃ = H₂ (PtCl₆) + NO + NO₂ + 3H₂O.

Образующаяся при этом платинохлористоводородная кислота хорошо растворима в воде. Из водных растворов эта кислота при упаривании выпадает в виде красно-коричневых кристаллов состава H₂(PtCl₆) ^. 6H₂O. Практическое значение имеют две соли этой кислоты - хлорплатинат калия K₂(PtCl₆) и, особенно, малорастворимый в воде хлорплатинат аммония (NH₄)₂(PtCl₆). Именно в виде этого соединения платину при переработке отделяют от других металлов. При прокаливании хлорплатинат аммония разлагается:

(NH₄)₂(PtCl₆) = Pt + 2Cl₂ + 2NH₃ + 2HCl

Образуется порошок платины - «платиновая губка», «платиновая чернь». Далее этот порошок прессуют и плавят.

Платина пластична, хорошо полируется и обладает большой отражательной способностью. Наряду с палладием и иридием она имеет очень низкую тепло- и электропроводность, низкую удельную теплоёмкость.

Платина в чистом виде очень мягка, поэтому её легируют иридием, родием и другими металлами.

Металлы платиновой группы нашли самое широкое применение в технике и промышленности, а также в ювелирном деле.

Платину применяют для изготовления лабораторной посуды и аппаратуры для химических лабораторий, в качестве нерастворимых анодов в производстве перекиси водорода, перхлоратов. Платиновые катализаторы используют в химии для реакций гидрогенизации и дегидрогенизации, восстановления нитросоединений и галоидных соединений, в производстве серной кислоты контактным способом, при получении синильной кислоты.

В производстве аммиака и азотной кислоты применяют катализаторные сетки, изготовленные из сплавов платины с родием и палладием, а в производстве синильной кислоты -- сетки из сплава платины с родием.

Платину, платиновые металлы и их сплавы широко используют при изготовлении контактов, катодов и антикатодов рентгеновских трубок, электрических сопротивлений, плавких предохранителей, аппаратуры связи, термопар.

Основными легирующими компонентами в платиновых сплавах являются палладий, иридий, медь, кобальт и вольфрам. Медь повышает твердость и прочность платиновых сплавов. Иридий и вольфрам придают сплавам твердость, жесткость и упругость. Кобальт улучшает литейные качества сплавов. Сплавы с палладием изготавливаются для монтировочных и закрепочных работ.

На территории России приняты следующие пробы платиновых ювелирных сплавов:

850 (восемьсот пятидесятая);

900 (девятисотая);

950 (девятьсот пятидесятая).

Российский ГОСТ предусматривает шесть марок платиновых сплавов. Все они являются высокопробными и различаются лишь по составу, стоимости и применению.

2. Каталог изделий из платины

Обручальные кольца:

Средний вес: 7,17 гр.

Обручальное кольцо из платины 950 пробы. Ширина кольца 4.0 мм. - особый сплав, препятствующий появлению царапин - технология "comfort fit" - максимально удобно носить на пальце

Средний вес: 6,31 гр.

Обручальное кольцо из платины 950 пробы. Ширина кольца 4.0 мм. - особый сплав, препятствующий появлению царапин

Средний вес: 4,24 гр.

Обручальное кольцо из платины 950 пробы. Ширина кольца 3.0 мм.

Средний вес: 4,86 гр. Обручальное кольцо из платины 950 пробы. Ширина кольца 3.5 мм.

Средний вес: 2,73 гр.

Кольцо выполнено из платины 950 пробы и украшено одним бриллиантом круглой огранки с 57 гранями, характеристики камня 3/3, весом 0.22 кт.

Подвеска:

Средний вес: 2,40 гр.

Подвеска выполнена из платины 950 пробы и украшена 34 бриллиантами круглой огранки с 57 гранями, характеристики камней 3/4, общий вес составляет 0.204 кт.

Источники используемой литературы

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 1981

2. Популярная библиотека химических элементов. Кн. 2. М.: Наука, 1983

3. Алексеев А.Г. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений. М., 1986

4. www.gold4u.ru

5. www.platina24.ru